Desenvolvimento de compósitos flexíveis de PVDF/BaTiO₃ para aplicações eletromecânicas
| dc.contributor.advisor-co1 | Ruiz, Yurimiler Leyet | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8018824878841214 | |
| dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0002-5774-5391 | |
| dc.contributor.advisor1 | Luz, Ana Paula da | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3470395641242374 | |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-5941-5388 | |
| dc.contributor.author | Silva, Eliezer Costa | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/9741932972647323 | |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0002-2710-9853 | |
| dc.contributor.referee | Leite, Edson Roberto | |
| dc.contributor.referee | Zambrano, Michel Venet | |
| dc.contributor.referee | Dias , Jeferson Almeida | |
| dc.contributor.referee | Garcia, Ramón Raudel Peña | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/1025598529469393 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/4256279833398263 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/8402138016291171 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/2997448735629942 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0002-0513-9939 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0002-0969-4999 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0001-8066-3784 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0002-4945-1297 | |
| dc.date.accessioned | 2026-01-08T14:34:17Z | |
| dc.date.issued | 2025-10-31 | |
| dc.description.abstract | The use of renewable energy sources contributes to reducing greenhouse gas emissions and mitigating the impacts of climate change. In this context, flexible composites based on poly(vinylidene fluoride)/barium titanate (PVDF/BaTiO3) have gained prominence in electromechanical applications, such as sensors and actuators, due to their combination of flexibility with favorable dielectric and piezoelectric properties. The efficiency of these composites depends directly on the structural, morphological, and dielectric characteristics of the BaTiO3 particles used as functional fillers. This work investigated the solid-state synthesis of BaTiO3 with sonochemical activation, evaluating different combinations of lowcost, lead-free, and environmentally friendly barium and titanium precursors. The combinations included BaCO3, Ba(NO3)2, C4H6BaO4, paired with C12H28O4Ti or TiO2, with pH used as an additional synthesis parameter. The results indicated that the combination of C4H6BaO4 and TiO2 favored the formation of the desired tetragonal phase. Sonochemical activation enhanced precursor reactivity, allowing a reduction in synthesis time and temperature to approximately 900°C. A pH variation between 2 and 12 significantly influenced the formation of the tetragonal phase, with pH 6 yielding optimal results, producing powders with 92.92% tetragonal phase, high purity, and a dielectric constant of approximately 1200. This material was used to fabricate flexible PVDF/BaTiO3 composites with different filler contents (2.5%, 5%, 7.5%, and 10% by weight). The composites showed increased β-phase content in PVDF, enhanced crystallinity, and dielectric properties. A 2.5 wt.% BaTiO3 amount increased tensile strength by 9%, while 10 wt.% raised the dielectric constant by approximately 36%. These findings highlight the importance of precise control over composition and synthesis parameters for developing scalable, lead-free composites with potential for electromechanical applications. | eng |
| dc.description.resumo | O uso de fontes renováveis de energia contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa, mitigando os impactos das mudanças climáticas. Nesse contexto, compósitos flexíveis à base de poli(fluoreto de vinilideno)/titanato de bário (PVDF/BaTiO3) têm se destacado em aplicações eletromecânicas, como sensores e atuadores, por aliarem flexibilidade às propriedades dielétricas e piezoelétricas. A eficiência desses compósitos depende diretamente das características estruturais, morfológicas e dielétricas das partículas de BaTiO3 utilizadas como carga funcional. Este trabalho investigou a síntese de BaTiO3 por reação em estado sólido com ativação sonoquímica, avaliando diferentes combinações de precursores de bário e titânio de baixo custo, livres de chumbo e com menor impacto ambiental. As combinações envolveram BaCO3, Ba(NO3)2 e C4H6BaO4, associados a C12H28O4Ti e TiO2 e variação do pH como parâmetro de síntese adicional. Os resultados indicaram que a combinação entre C4H6BaO4 (acetato de bário) e TiO2 (dióxido de titânio) favoreceu a formação da fase tetragonal desejada. A ativação sonoquímica promoveu maior reatividade entre os precursores, permitindo reduzir o tempo e a temperatura de síntese para cerca de 900 °C. A variação do pH entre 2 e 12 evidenciou influência significativa na formação da fase tetragonal, sendo o pH 6 a condição ideal, resultando em pós com 92,92% de fase tetragonal, alta pureza e constante dielétrica aproximada de 1200. Esse material foi utilizado na formulação de compósitos flexíveis PVDF/BaTiO3 com diferentes teores de carga (2,5%, 5%, 7,5% e 10% em peso). Os compósitos apresentaram incremento na fase β do PVDF, na cristalinidade e nas propriedades dielétricas. O teor de 2,5% de BaTiO3 promoveu aumento de 9% na resistência à tração, enquanto a carga de 10% elevou a constante dielétrica em cerca de 36%. Os resultados demonstram que o controle da composição e das condições de síntese é essencial para o desenvolvimento de compósitos escaláveis, livres de chumbo e com potencial para aplicações eletromecânicas. | por |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | |
| dc.description.sponsorshipId | 88887.671758/2022-00 | |
| dc.description.sponsorshipId | 88887.907206/2023-00 | |
| dc.identifier.citation | SILVA, Eliezer Costa. Desenvolvimento de compósitos flexíveis de PVDF/BaTiO₃ para aplicações eletromecânicas. 2025. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23368. | por |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23368 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM | |
| dc.relation.uri | https://ceramics.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ijac.70054 | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Titanato de Bário | por |
| dc.subject | Poli(fluoreto de vinilideno) | por |
| dc.subject | Compósitos flexíveis | por |
| dc.subject | Ativação sonoquímica | por |
| dc.subject | Dispositivos eletromecânicos | por |
| dc.subject | Sustentabilidade | por |
| dc.subject | Barium titanate | eng |
| dc.subject | Poly(vinylidene fluoride) | eng |
| dc.subject | Flexible composites | eng |
| dc.subject | Sonochemical activation | eng |
| dc.subject | Electromechanical devices | eng |
| dc.subject | Sustainability | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS | |
| dc.subject.ods | 7. Energia limpa e acessível | |
| dc.subject.ods | 12. Consumo e Produção Responsáveis | |
| dc.title | Desenvolvimento de compósitos flexíveis de PVDF/BaTiO₃ para aplicações eletromecânicas | por |
| dc.title.alternative | Development of flexible PVDF/BaTiO₃ composites for electromechanical applications | eng |
| dc.type | Tese |
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